熔體直紡單板細(xì)旦滌綸POY 350 dtex/384 f生產(chǎn)工藝

闞新征

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司長(zhǎng)絲生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

熔體直紡單板細(xì)旦滌綸POY 350 dtex/384 f生產(chǎn)工藝

闞新征

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司長(zhǎng)絲生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

探討了熔體直紡單板細(xì)旦滌綸POY 350 dtex/384 f生產(chǎn)工藝以及紡絲組件、冷卻條件及集束上油、緩冷區(qū)、拉伸工藝等條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，通過(guò)環(huán)吹風(fēng)壓的調(diào)整和優(yōu)化工藝可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

直紡 細(xì)旦 生產(chǎn)工藝 質(zhì)量

細(xì)旦纖維滌綸POY 350 dtex/384 f具有天然絲的柔軟手感，用其織成的織物輕薄、柔軟，透氣性、懸垂性好，具有獨(dú)特的風(fēng)格，可作為仿真絲材料，市場(chǎng)前景較好，但該品種孔數(shù)較多，單絲纖度細(xì)，條干不勻率、染色不勻率、外觀質(zhì)量及生產(chǎn)狀況比較難以控制，儀化長(zhǎng)絲二裝置64線是2001年引進(jìn)帝人公司技術(shù)設(shè)計(jì)投產(chǎn)的POY生產(chǎn)線，紡絲纖度范圍:170～275 dtex，孔數(shù):36～192 f。隨著近幾年大量民企新技術(shù)和新裝備的使用，該裝置在生產(chǎn)多孔細(xì)旦長(zhǎng)絲產(chǎn)品質(zhì)量方面的弱勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，DTY質(zhì)量均勻性和染色性能與同行相比存在一定差距，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析和試驗(yàn)研究，其主要原因在于帝人生產(chǎn)線紡絲側(cè)吹風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，側(cè)吹風(fēng)整流效果不能保證，風(fēng)速不勻率較大，造成錠位之間的凝固點(diǎn)位置相差較大;而且過(guò)濾網(wǎng)極易堵塞和漏風(fēng)，造成紡絲噴絲板溫度不勻，從而使得絲餅的條干不勻率和動(dòng)態(tài)熱應(yīng)力不勻率差異較大，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和均勻性不能滿足高端用戶生產(chǎn)高檔品種的需求。筆者及同事針對(duì)“64線單板350 dtex/384 f品種開(kāi)發(fā)”進(jìn)行研究，主要通過(guò)對(duì)64線進(jìn)行外環(huán)吹改造，達(dá)到改善紡絲冷卻的效果，消除該裝置原設(shè)計(jì)最大紡絲192孔的瓶頸，將紡絲品種的孔數(shù)擴(kuò)大至384孔及以上，同時(shí)解決側(cè)吹風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)極易堵塞和漏風(fēng)、風(fēng)速不均等問(wèn)題，達(dá)到降低產(chǎn)品的條干和動(dòng)態(tài)CV值，確保產(chǎn)品的內(nèi)在均勻性，滿足染敏感色的產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)要求。在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)POY 350 dtex/384 f生產(chǎn)工藝進(jìn)行了探討。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

儀征化纖生產(chǎn)PET半消光合格熔體，

蘇州竹本公司生產(chǎn)YC-2001TS油劑。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備及測(cè)試儀器

熔體輸送及分配系統(tǒng)由日本帝人公司設(shè)計(jì)，日本富士公司Duplex Polymer Filter System熔體過(guò)濾器、瑞士MAAG公司Thermorex?90-5增壓泵、日本帝人公司紡絲機(jī)、巴馬格環(huán)吹裝置、NS-612卷繞頭。

主要測(cè)試儀器:瑞士 USTER公司生產(chǎn)的USTER-Ⅲ型強(qiáng)伸儀、USTER-Ⅵ型條干儀、日本KANO-MAX6072型風(fēng)速儀。

1.3 工藝流程

熔體分配閥→過(guò)濾器→增壓泵→換熱器→靜態(tài)混合器→紡絲箱體(熔體計(jì)量泵，組件)→巴馬格環(huán)吹裝置→油嘴上油→甬道→切絲、吸絲裝置→預(yù)網(wǎng)絡(luò)器→一導(dǎo)絲輥→二導(dǎo)絲輥→網(wǎng)絡(luò)器→卷繞頭

1.4 主要工藝參數(shù)

熔體輸送溫度285℃;紡絲溫度290℃;緩冷器溫度275℃;GR1速度2 640 m/min，GR2速度2 645 m/min;卷繞速度2 620 m/min;油嘴高度800 mm;環(huán)吹風(fēng)壓35 Pa;環(huán)吹風(fēng)風(fēng)溫21.5℃;環(huán)吹風(fēng)相對(duì)濕度85%;含油率0.55%;組件壓力13 MPa，預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力 0.05 MPa;網(wǎng)絡(luò)壓力 0.06 MPa。

1.5 產(chǎn)品質(zhì)量

改造后POY產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

2 生產(chǎn)工藝的選擇和控制

2.1 噴絲板的選擇

根據(jù)中心外環(huán)吹冷卻系統(tǒng)的特性，在噴絲板孔的排列方式上筆者選擇中空型噴絲板，如圖1所示。中空的作用是留出風(fēng)逐漸衰減的位置，而環(huán)吹的噴絲板孔在圓上是均勻分布的。從噴絲板上孔的排布也可以看出，對(duì)于多孔產(chǎn)品，中心外環(huán)吹冷卻系統(tǒng)從外而內(nèi)的送風(fēng)冷卻效果要好于側(cè)吹單面的送風(fēng)冷卻效果。

表1 POY350 dtex/384 f主要物理指標(biāo)

圖1 外環(huán)吹冷卻使用噴絲板形式

噴絲孔孔徑的大小主要是由熔體通過(guò)噴絲孔時(shí)的剪切應(yīng)力及噴絲頭拉伸比來(lái)確定，根據(jù)生產(chǎn)細(xì)旦纖維的經(jīng)驗(yàn)，剪切應(yīng)力選擇范圍為0.8×104～1.5×104s-1內(nèi)，噴絲頭拉伸比范圍應(yīng)為140～240。在熔紡過(guò)程中，噴絲孔的孔徑對(duì)多孔細(xì)旦絲的可紡性影響很大，孔徑過(guò)小，孔道中熔體彈性雷諾數(shù)加大，發(fā)生彈性湍流;噴絲孔過(guò)大，噴絲頭拉伸比增加，出現(xiàn)紡絲內(nèi)聚能破裂。聚酯熔體在噴絲孔中的流變行為對(duì)于紡絲熔體的流動(dòng)穩(wěn)定性極為重要。

各孔徑噴絲板的計(jì)算如表2:

表2 各種孔徑噴絲板噴絲頭拉伸比的計(jì)算

由表1中可以看出，0.15 mm與0.17 mm孔徑的組件均適合POY350 dtex/384 f品質(zhì)的生產(chǎn)，為得到穩(wěn)定的紡絲細(xì)流，筆者在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，同時(shí)結(jié)合加工難度及清洗難度，選擇了孔徑為0.17 mm的噴絲板。

2.2 冷卻方式的選擇

冷卻條件是固化過(guò)程的決定因素，影響纖維的結(jié)構(gòu)和紡絲線上的各種分布，成為一系列不均勻產(chǎn)生的根源。運(yùn)動(dòng)絲條在冷卻風(fēng)的作用下逐漸冷卻，使絲條在紡絲線上形成一軸向溫度場(chǎng)，軸向溫度的變化直接導(dǎo)致拉伸粘度的變化，從而使紡絲線上速度分布和應(yīng)力分布以及纖維的結(jié)晶、分子取向等發(fā)生變化。

中心環(huán)吹冷卻與傳統(tǒng)側(cè)吹冷卻技術(shù)最大的區(qū)別在于其風(fēng)向傳遞方式的變化。傳統(tǒng)的矩形側(cè)吹風(fēng)窗裝置紡絲冷卻方式為單側(cè)面方向吹風(fēng)，絲束里外受風(fēng)不均一，各紡絲頭位之間冷卻條件也不盡相同，因而帶來(lái)同紡絲位間絲束質(zhì)量、同噴絲頭下絲條質(zhì)量都不均一的先天缺陷。而中心外環(huán)吹冷卻系統(tǒng)使冷卻風(fēng)從外向內(nèi)均勻的傳遞，從而使絲條冷卻均勻，保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性，尤其對(duì)于多孔絲的冷卻效果更加明顯。從采用環(huán)吹位生產(chǎn)的廠家數(shù)據(jù)來(lái)看，使用環(huán)吹冷卻生產(chǎn)的多孔細(xì)旦絲條干、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)不勻率均較側(cè)吹位生產(chǎn)的產(chǎn)品要好。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況來(lái)看，使用側(cè)吹位生產(chǎn)常規(guī)品種(72 f以下品種)尚可，條干能保持在1.0%左右，側(cè)吹位生產(chǎn)144 f的品種條干約在1.5%左右，而環(huán)吹位則在0.9%左右，側(cè)吹位不能生產(chǎn)192 f以上的品種，而環(huán)吹位生產(chǎn)288 f的品種條干仍在1.0%左右，可見(jiàn)環(huán)吹冷卻方式相對(duì)多孔細(xì)旦產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是比較好的冷卻方式。兩種冷卻方式的風(fēng)向如圖2所示。

圖2 環(huán)吹與側(cè)吹風(fēng)風(fēng)向示意

另外，環(huán)吹冷卻系統(tǒng)送風(fēng)面積較小，約占側(cè)吹送風(fēng)面積的30%左右，同時(shí)冷卻效果好，所需風(fēng)速較側(cè)吹風(fēng)速小，其使用起來(lái)非常節(jié)能，比普通側(cè)吹風(fēng)系統(tǒng)節(jié)省風(fēng)量70%以上。最終選擇巴馬格的外環(huán)吹裝置。

2.3 環(huán)吹風(fēng)壓的選擇

由于環(huán)吹風(fēng)壓對(duì)絲的條干不勻率影響較大，因此通過(guò)對(duì)不同風(fēng)速下的條干不勻率的比較，來(lái)確定最佳的風(fēng)壓，見(jiàn)表3所示。

表3 不同風(fēng)壓下的物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

由表3可見(jiàn)，通過(guò)不同風(fēng)壓實(shí)驗(yàn)，環(huán)吹風(fēng)壓在35 Pa時(shí)產(chǎn)品指標(biāo)的CV值最好，因此選擇風(fēng)壓為35 Pa。

2.4 集束位置及上油率

生產(chǎn)350 dtex/384 f品種，由于單絲比表面積大，絲條和空氣的接觸面積大，絲條與空氣的摩擦力相對(duì)較大，紡絲張力過(guò)高。紡程上張力太大，不但影響到POY的現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定生產(chǎn)，而且加工DTY時(shí)斷絲增加。在紡絲溫度、紡絲速度、熔體性質(zhì)一定的前提下，集束位置對(duì)紡絲張力的影響比較大。集束位置愈往下，因集束前每根單絲與空氣的摩擦阻力要比集束后的大14倍，集束點(diǎn)愈往下，未上油的絲條與空氣的接觸長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，摩擦力愈大，絲條張力愈大。筆者在35 Pa風(fēng)壓下進(jìn)行了油嘴高度的試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示:

表4 油嘴高度與紡絲卷繞張力及物理指標(biāo)表

從以上數(shù)據(jù)看，油嘴高度對(duì)紡絲卷繞張力影響均較大，雖然對(duì)條干影響存在一個(gè)最佳值，而且對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率影響較大，但對(duì)于紡絲來(lái)說(shuō)，希望得到較小的張力，以減輕張力對(duì)絲束的影響，提高產(chǎn)品質(zhì)量及減少斷頭。實(shí)踐表明，油嘴位置調(diào)整在800 mm，生產(chǎn)較穩(wěn)定。

在側(cè)吹風(fēng)情況下，油嘴的位置可以通過(guò)調(diào)整支架的前后位置，使絲與油嘴呈弧形接觸，接觸面更大，并保持一定的張力，以確保上油均勻充分;但中心環(huán)吹改造后，油嘴要與風(fēng)管保持線形一致，油嘴的調(diào)節(jié)范圍很小，絲在進(jìn)入油嘴時(shí)是垂直的，若接觸不好，易導(dǎo)致上油不足，因此，在油嘴下的導(dǎo)絲鉤上做調(diào)整，使絲在油嘴和導(dǎo)絲鉤之間約有一個(gè)15°的向內(nèi)的角度，以確保上油充分。

由于350 dtex/384 f品種的單絲較多，采用單一油嘴上油，已不能滿足上油的需要，故該品種采用雙油嘴上油，含油率控制在0.55%。

2.5 緩冷區(qū)高度的選擇

熔體細(xì)流自噴絲孔擠出后的冷卻成形過(guò)程是影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和線密度均勻性重要過(guò)程。如果熔體細(xì)流在擠出噴絲孔后很快冷卻，則會(huì)使纖維的拉伸粘度增加很快，拉伸應(yīng)力增加，導(dǎo)致初生纖維的預(yù)取向度提高，同時(shí)由于快速冷卻導(dǎo)致纖維內(nèi)外層的溫度梯度增加，使纖維內(nèi)外層的應(yīng)力歷史的差異增加，這會(huì)使纖維產(chǎn)生“皮芯效應(yīng)”，無(wú)論是預(yù)取向度的提高，還是纖維產(chǎn)生“皮芯效應(yīng)”，都會(huì)使纖維在牽伸過(guò)程中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不勻和毛絲。

熔體細(xì)流在擠出噴絲孔后很快冷卻造成的另一個(gè)問(wèn)題是噴絲板面溫度的降低，隨著噴絲板面溫度的降低，熔體的粘度提高，這會(huì)導(dǎo)致紡程上流變阻力的增加和冷卻長(zhǎng)度的減小，使絲條的軸向拉伸速率提高，最終使初生纖維的取向度增加，生產(chǎn)難度加大。特別對(duì)于細(xì)旦纖維，溫度降低的影響更為強(qiáng)烈。

為了減緩熔體細(xì)流在擠出噴絲孔后的冷卻速度，一般采用緩冷方式，在噴絲板下部設(shè)置一定高度的無(wú)風(fēng)區(qū)，或者設(shè)置加熱裝置保溫，使絲條的冷卻延緩，一方面使固化點(diǎn)下移，另一方面使大分子的冷卻速度變慢，有利于大分子鏈在固化前充分消除內(nèi)應(yīng)力，使纖維各部位間取向度一致，避免皮芯結(jié)構(gòu)的形成，以獲得低預(yù)取向度、無(wú)結(jié)晶結(jié)構(gòu)、拉伸性能良好的初生纖維。

在中心環(huán)吹冷卻裝置，其緩冷高度通過(guò)在噴絲板下方增加不同高度的保溫板來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇了30，45，60 mm 3種高度在卷繞速度2 600 m/min下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5所示:

表5 不同緩冷區(qū)高度下的物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

由表5中結(jié)果可以看出，緩冷區(qū)高度45 mm是最佳選擇。

2.6 卷繞速度的選擇

生產(chǎn)中，筆者發(fā)現(xiàn)由于該品種單絲纖度較細(xì)，且孔數(shù)較多，極易產(chǎn)生毛絲，為了找出最佳的卷繞速度，首先對(duì)卷繞速度進(jìn)行了多組試驗(yàn)，來(lái)檢查不同卷繞速度下的絲餅毛絲數(shù)，然后采用回歸分析法對(duì)卷繞速度與對(duì)應(yīng)的絲餅毛絲數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，找出二者之間的關(guān)系，最后對(duì)二者之間的關(guān)系式進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，從而找出了最佳的卷繞速度，具體如表6、圖3所示。

表6 不同卷繞速度下的毛絲統(tǒng)計(jì)表

圖3 不同卷繞速度下的絲餅毛絲數(shù)散布圖

根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型分析求出了卷繞速度與產(chǎn)生的毛絲的關(guān)系式:

y=0.0031x2-16.249x+21483

其中:y—毛絲數(shù)，x—卷繞速度。

對(duì)該關(guān)系式進(jìn)行導(dǎo)數(shù)計(jì)算，并求出最小值，

y＇=0.0062x-16.249

當(dāng) y＇=0 時(shí)，x=2 620 m/min

為進(jìn)一步證明此計(jì)算結(jié)果，筆者進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)際生產(chǎn)再次證明最佳卷繞速度為2 620 m/min，見(jiàn)表7所示。

表7 驗(yàn)證卷繞速度與毛絲個(gè)數(shù)

由表7中可見(jiàn)，在卷繞速度2 620 m/min下，毛絲個(gè)數(shù)最少，最佳卷繞速度為2 620 m/min。

3 結(jié)論

a)采用中心外環(huán)吹冷卻的方式則可順利生產(chǎn)單板350 dtex/384 f品種，可有效提高產(chǎn)品產(chǎn)量，且中心外環(huán)吹冷卻所需的風(fēng)量較少，為側(cè)吹的30%左右，可有效節(jié)約能源;

b)采用中心外環(huán)吹冷卻方式生產(chǎn)細(xì)旦多孔絲POY產(chǎn)品，可以明顯提高絲束冷卻的均勻性，產(chǎn)品物理指標(biāo)尤其是CV值方面相對(duì)側(cè)吹冷卻的工藝來(lái)講都有顯著的改善，該冷卻方式是穩(wěn)定生產(chǎn)多孔細(xì)旦POY產(chǎn)品的較為理想的方式。

［1］李允成，徐心華.滌綸長(zhǎng)絲生產(chǎn)(第二版)［M］.北京:中國(guó)紡織出版社，1994.

［2］孫滿英，朱大復(fù).細(xì)旦絲紡絲設(shè)備及技術(shù)探討［M］.紡絲設(shè)備，1999.

Research on technology of melt direct spinnning fine polyester POY 350 dtex/384 f

Kan Xinzheng
(Sinopec Filament Central Production-Dept.of Yizheng Chemical Fibre Co.，Ltd.，Yizheng Jiangsu 211900，China)

By melt direct spinning，the technology of producing fine denier POY 350 dtex/384 f polyester is introduced.The influence of process condition such as spinning pack，cooling condition，collection oiling，annealed zone，drawing condition etc on products quality were expounded.The results showed that the high quality production can be obtained by innovation of the quench air chamber and process parameters adjustment.

melt direct spinning;technology;quality

TQ342.21

B

1006-334X(2012)03-0038-04

2012-06-08

闞新征(1968—)，男，江蘇泰興人，工程師，長(zhǎng)期從事滌綸長(zhǎng)絲工藝及生產(chǎn)工作，已發(fā)表論文2篇。